 |  | |
 УДК 504.064.36 История развития наблюдений за качеством атмосферного воздуха
Каташова А.Е., аспирант Томский политехнический университет, Россия
Рассмотрены основные этапы становления систем наблюдения за качеством атмосферного воздуха. Выявлено, что системы формировались на основе разработок рекомендаций, создания комплексных подходов, а также применения программных продуктов и математического моделирования.
С годами все больше экосистем подвергается негативному воздействию от хозяйственной деятельности человека. Это привело к нарушению экологического равновесия. В соответствии с этим одним из важнейших направлений при создании комфортной среды проживания населения городов и муниципальных районов является проведение мониторинга территорий с целью оценки ее состояния и выявления источников загрязнения. Так, загрязнению подвержены все компоненты природы: земля, вода и воздух. Как и для города Томска для многих стран характерна проблема загрязнения атмосферного воздуха. Загрязнение городской среды выбросами и шумом от дорожного движения связаны с увеличением заболеваемости населения, например, сердечно-сосудистыми заболеваниями, хотя и механизмы их образования и распространения различны. При этом в большинстве развитых и развивающихся странах загрязнение воздуха за последние несколько десятилетий возросло во много раз. В связи с этим возникает необходимость исследования данной проблемы как со стороны сложившейся ситуации, так и составления прогнозов и предотвращения ухудшения состояния окружающей среды. Решение сложившейся ситуации сводится к поиску портативного и экономичного устройства или методики для мониторинга качества атмосферного воздуха. Цель исследования – анализ этапов формирования систем мониторинга атмосферного воздуха, а также внедрения методов, новых устройств и технологий в существующие сети наблюдений. Несмотря на серьезность рассматриваемой проблемы, вопросу загрязнения атмосферного воздуха стали уделять внимание только в 60-х годах, когда Всемирная организация здравоохранения впервые освятила данную проблему и ее последствия в новостной публикации. Тогда же и начались первые наблюдения. С этого момента было подтверждено, что загрязняющие вещества в воздухе действительно причиняют вред окружающей среде и здоровью человека. Государства приступили к формированию стандартов качества воздуха, численных нормативов, которые будут определять степень воздействия того или иного вещества. Далее с 1987 года было опубликовано еще 3 информации с рекомендациями по определению и улучшению качества воздуха. Несмотря на то, что рекомендации имели отношение непосредственно к странам Европы, весь мир обратил свое внимание к данной проблеме, тем самым сформировав рекомендации глобального уровня. Разработка конкретных рекомендаций началась с 2006 года. Сюда вошли, в том числе, рекомендации по поддержанию качества воздуха в помещениях, включающие в себя медико-санитарные нормы. Стоит отметить, что в начале прошлого века загрязнение воздуха связывали с процессами сжигания твердого топлива и рассматривали как «проблему задымленности». Но уже с середины 20 века промышленные выбросы воспринимались как проблема, которая препятствует охране атмосферного воздуха [1]. Так, проблема загрязнения атмосферного воздуха со временем становилась все более обсуждаемой в научной среде. Многие исследователи конца 20 века акцентировали внимание на создании комплексной и функциональной системы мониторинга качества атмосферного воздуха, включающей в себя показатели, объективно отражающие степень загрязнения и воздействия на здоровье человека. Работа зарубежных ученых начала 80-х годов посвящена принципу рассеивания загрязняющих веществ, входящих в выбросы стационарных и передвижных источников промышленного производства. В это же время появляются первые случаи употребления терминов «математическая модель рассеивания» и «карта концентрации», которые возможно было построить при наличии информации о выбросах от конкретного источника и погодных условиях (сила и направление ветра). Исследования проводились на примере крупных промышленных городов [2]. В книге Томских исследователей представлена масштабная работа по реализации комплексной экологической программы "Охрана окружающей среды и здоровья населения Северного промышленного узла". В данной работе подтверждается ранее упомянутая взаимосвязь вредных веществ в воздухе и здоровья человека. Исследование затрагивало разные демографические группы и большой массив данных, в результате чего создана программа, позволяющая осуществлять мониторинг медико-экологической ситуации [3]. В работах других авторов также описываются начальные показатели мониторинга качества атмосферного воздуха от стационарных источников выбросов, а на примерах регионов разбираются территориальные особенности их применения [4, 5]. В данных исследованиях подчеркивается важность направления переноса вредных (загрязняющих) веществ посредством построения частных математических моделей. С приближением века технологий и информационного развития общества большинство работ этого времени ориентировано на программное решение проблемы. Также в данный период начинается рост числа кандидатских и докторских диссертаций, посвященных проблеме загрязнения атмосферного воздуха. Так, опубликована кандидатская диссертация, содержащая сведения о методике, позволяющей обеспечить оптимизацию обмена данных и их анализ в результате проведения мониторинга. Кроме того, проводятся исследования по разработке технологий, позволяющих проводить мониторинг атмосферного воздуха на объектах с помощью вероятностного моделирования [6, 7]. Следующий этап развития основных принципов ведения мониторинга атмосферного воздуха приходится на 2000-2007 года. Для этого периода характерно проведение экспериментов, которые позволили конкретнее определить критерии и показатели мониторинга, а также индикаторы загрязнения. К примеру, был проведен мониторинг методом морфометрических признаков обыкновенной сосны. Это позволило сделать вывод о том, что не только человек, но и окружающая среда находятся под воздействием загрязняющих веществ в воздухе [8]. Особое внимание уделялось экологической обстановке городов и урбанизированных территорий, так как это места наибольшего скопления источников выбросов. Экологический мониторинг ведется отдельно в разных регионах России и по стране в целом. А результаты данного мониторинга позволяют спрогнозировать и дать рекомендации по снижению выбросов вредных веществ, увеличению числа натурных исследований и уменьшению затрат на работу и оборудование. Важно отметить, что большинство авторов не рассматривают мониторинг атмосферного воздуха как самостоятельную систему, чаще он представляет комплексную оценку всех компонентов природы и человека [9, 10, 15]. Кроме того, началась активная регистрация патентов и программ ЭВМ. В 2004 году проведено обширное исследование, в результате которого разработана мультисенсорная система типа "электронный нос" для мобильной станции мониторинга атмосферного воздуха. Задачей этой системы является автоматизированное определение концентрации загрязняющих веществ во взятых пробах воздуха. Один из патентов описывает новый способ, позволяющий проводить мониторинг загрязнения атмосферного воздуха. Данный способ используется при предупреждении населения, а также предотвращения возникновения чрезвычайных ситуаций. Заявленная система состоит из специально оборудованного центра со средствами построения карт полей рассеивания, к которому подходят так называемые «сенсоры» чистоты атмосферного воздуха и метеорологические датчики. Все эти измерения оперативно обрабатываются и строят сценарии развития событий. Дистанционные аппараты также позволяют проводить мониторинг в отдаленных районах [11]. Мониторинг представляет собой систему взаимосвязанных компонентов, которые проводят замеры, расчет, аналитику и другие операции. В 2005 был изобретен пост экологического контроля воздуха (пост наблюдения за качеством атмосферного воздуха), отличительной особенностью которого стала полная автоматизация. Это позволило оперативно получать данные о содержании загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, давлении и влажности воздуха, скорости и направлении ветра, отбор проб. Такая станция используется не только в государственных системах мониторинга, но и на частных предприятиях. Вычислительное оборудование в комплектации не было предусмотрено, поэтому все еще требуется камеральная обработка полученных данных. Но, тем не менее, это позволило достичь повышения точности и достоверности измерений заданных параметров, то есть уменьшить погрешность измерений за счет предварительного сравнения физических величин, характеризующих состав воздуха. Сравнение проходило относительно эталонных величин [12, 14]. Еще один патент узкого направления – это новый способ определения содержания тяжелых металлов в атмосферном воздухе. Для исследования была определена единица снежного покрова на определенной территории в заданный промежуток времени. В результате исследования достигнута повышенная точность и информативность определения загрязняющих веществ [13]. В 2006 году работы ученых затрагивают вопросы химического загрязнения воздуха. Развитие атомной промышленности и энергетики в целом набирает стремительный оборот, что негативного сказывается на состоянии атмосферного воздуха. Соответственно, главными задачами подобных исследований является поиск способов заблаговременного обнаружения и предотвращения химического загрязнения. В ходе исследований оцениваются риски для здоровья населения, сравнивается опыт зарубежных стран, территории населенных подлежат зонированию и введению категорирования по максимальным и минимальным рискам. В данном случае активно используются представительные пробы, что позволит получать усредненные значения концентраций, а также максимально точные значения в зависимости от заданного промежутка времени [16, 17]. Впервые в 2007 появляется методика, позволяющая оценить существующие системы мониторинга на основе результатов имитационного моделирования с использованием специальной математической модели. В том числе оценке подлежат системы точечных объектов, к примеру, полигон твердых коммунальных отходов. Такой мониторинг представляет из себя сложную структуру, так как наблюдения осуществляются независимо от рекультивации и захоронений на протяжении всех этапов существования полигона. При этом данный мониторинг осуществляется с ранее разработанными и утвержденными программами [18, 19]. Широко известными становятся способы дистанционного зондирования Земли, основанные на лазерной системе, в принцип работы которой входит измерение амплитуды отраженного света. Такие измерения называют лидарными. Область применения лидарных измерений охватывает все виды мониторинга, а том числе и наблюдение за качеством атмосферно воздуха. Так, в г. Белгороде была создана система управления качеством атмосферного воздуха, позволяющая по результатам расчетов загрязнения от объектов промышленности и автотранспорта оперативно и точно получать актуальную информацию и количестве вредных (загрязняющих) веществ [20]. В результате можно отметить, что в развитии наблюдений за состоянием атмосферного воздуха одним из главных этапов стало признание нарастающей проблемы. Вредные выбросы накапливаются, перемещаются воздушными массами и с осадками выпадают на поверхность земли. В связи с чем частицы попадают в организм человека не только через дыхательные пути, но и даже из корнеплодов тех растений, которые каждый из нас может выращивать. Нарастающая проблема привлекает все больше внимания органов власти, экологов, а самое главное, населения, что определило стартовую точку в развитии систем наблюдения за качеством атмосферного воздуха. Также стоит отметить, что направление исследований по данной проблеме напрямую связано с движением технологического прогресса. Системы строятся на инструментах, способствующих точности и оперативности определения данных. Но, что еще важнее, они дают возможность составить прогноз, тем самым предвидеть и предотвратить пагубное и необратимое негативное воздействие вредных (загрязняющих) веществ на здоровье человека и состояние окружающей среды.
Библиографический список
| ||
 |  |
